Разработка и математическое моделирование процесса получения керамоматричного композита, армированного углеродными нанотрубками

Для увеличения показателей прочности и трещиностойкости керамической матрицы оксида алюминия применяется армирование углеродными нанотрубками (УНТ). Определены оптимальные условия для стадий получения порошка композита Al₂O₃ - УНТ: стадии диспергирования УНТ, гомогенизации суспензии УНТ и порошка оксида алюминия, сушки. Определены оптимальные режимы спекания в вакууме для оксида алюминия и композита с содержанием УНТ 3 % об. Определены оптимальные режимы искрового плазменного спекания для композита Al₂O₃ - УНТ (20 - 50 % об. УНТ). На основе аппарата нейросетевого моделирования разработана математическая модель спекания в вакууме композита Al₂O₃ - УНТ (3 - 20 % об. УНТ). Выявлены зависимости водопоглощения, открытой пористости, плотности и прочности на изгиб от времени нагрева, длительности промежуточных выдержек и количества УНТ. Найдено оптимальное содержание УНТ, и определен оптимальный режим спекания композита, позволяющий получить прогноз предела прочности на изгиб 497 МПа. Используя метод искрового плазменного спекания, получен керамоматричный композиционный материал Al₂O₃ - УНТ с содержанием УНТ 20 - 50 % об. Разработана математическая модель процесса искрового плазменного спекания, описывающая изменение пористости порошковой прессовки. На основе экспериментальных исследований и математического моделирования найден оптимальный режим спекания, позволивший получать композит с нулевой пористостью и объемным содержанием углеродных нанотрубок до 50 % об. Проведен расчет материального баланса стадий технологической схемы получения керамоматричного композита Al₂O₃ - УНТ со спеканием в вакууме и искровым плазменным спеканием; построены технологические схемы и предложены варианты аппаратурного оформления для производственной мощности 600 т в год.